1、熔丝知识下面的熔丝学一节是让我们增加和更好地掌握有关熔丝应用诸方面有详细知识。熔丝是故意设置在电路中对电流敏感的薄弱环节，其主要功能是在各种电流超负荷条件下安全可靠地熔断从而为各分立元件或整个电路提供保护。尽管本手册提供了帮助您设计电路保护产品的技术信息，例如产品数据和设计指南，但并不意味着包含了所有设计信息。强烈建议您通过实验验证实际应用中器件的性能。为了能够对某一特定的实用场合选用一种合适的熔丝，用户应很好地掌握熔丝的下列特性及实用方面的一些概念。如果户没有提出特别要求，力特公司保留不事先通知而适当改变设计、加工、制造地点的权力。环境温度：指直接环绕熔丝周围的空气温度，不应与室温相混淆。在
2、许多实用场合，熔丝的温度相当高，这是因为熔丝是封闭着的（如装在配电板的固定架中），或安装在其他发热元件，如电阻、变压器等附近。分断能力：见熔断额定值。电流额定值：标注在熔丝上的公称安培数。该数值为熔丝所能承载的电流并由制造商根据一系列经控制的试验条件所确定（见“额定值的减少“）。 熔丝产品目录号码包括系列标志和安培参数。参见“熔丝选择指南和时间电流曲线“中关于进行正确选择指导的诸项内容。额定值的减少：在 25环境温度下，我们推荐熔丝的工作电流不应超过公称电流值的 75%，这是因为该公称电流值是采用经控制的试验条件确定的。这些试验条件是美国保险商实验室标准 198G“辅助过流保护用熔丝“的一部分
3、，其主要目的是要规定出为连续控制用于防止火灾等用途器件的生产条件。一般这些标准包括：全封闭熔丝座，高的接触电阻，空气的流通，瞬时峰值，以及连接电缆尺寸（直径与长度）方面的变化。熔丝实质上是温度敏感元件。即便所控制的检测条件发生变化很小也会极大地影响熔丝的预期寿命，特别是当负荷为其公称值时。公称值通常表示为 100%额定值。电路设计工程师应清楚地了解，设置这些经控制的检测条件的目的是使熔丝制造商能够使其产品的性能标准保持统一，因此他必须清楚使用熔丝时的各种变化条件。为了补偿这些这变化，电路设计工程师在为其设备设计即安全可靠而寿命又长的保护电路时，加给熔丝的负荷通常不应超过制造商所列公称额定值的
4、75%。而且，必须提供足够的过载和短路保护。熔丝是温度敏感元件，其各个参数是在 25环境温度下确定的。熔丝通过电流时产生的熔丝温度随着环境温度的改变而升高或降低。第 7 页的“环境温度“图表明了环境温度对某一熔丝公称电流额定值的影响。大多数传统的慢断（Slo-Blo）熔丝其设计采用的材料具有较低的熔化温度，因此，对环境温度的变化比较敏感。尺寸：除非另有规定，尺寸以英寸为单位，本产品目录中熔丝尺寸的范围从最小的 0402 电路片尺寸（.041”长.020”宽.012”高）到最大的 5AG。5AG通常也叫做“微型“熔丝（13/32”直径11/2”长）。在以往年代中不断开发出了多种新产品，促使熔丝的
5、尺寸不断演变以满足各种电路保护的需要。最初的熔丝是很简单的易断线元件。后来在十九世纪出现了爱迪生发明的把细导线封闭在台灯座里的第一个插塞式熔丝。到 1904 年，美国保险商实验室建立了尺寸和额定值的各项规格以符合安全标准。1914 年出现了可再用型熔丝和汽车用熔丝。1927 年力特公司开始为初露头角的电子工业制造安培值很低的熔丝。下表中的熔丝尺寸从早期供汽车使的玻璃熔丝开始，其中有“AG“这个标记，A代表汽车，G 代表玻璃，即 Automobile Glass。AG 前面所用数字是按年低的顺序确定的，因为每种新的规格尺寸的熔丝都是由不同的制造商开始生产的，例如“3AG“是第三种投放于市场的熔丝
6、尺寸。其他各种非玻璃熔丝的尺寸及结构虽然是由功能要求确定，但仍保留了玻璃熔丝的长度或直径尺寸，其标记改为 AB，以代替 AG，表示熔丝的外管是由人造树脂，纤维，陶瓷或其它类似材料做成而不是玻璃。表重示出的最大尺寸是5AG，即“微型“，这个名称是由美国电气工业及国家电气编码范围所采用。美国国家电气编码范围通常把 14.4mm50.8mm 的熔丝作为使用中最小的标准熔丝。熔丝尺寸尺寸 长度 直径/宽度精度上面列出的尺寸为标准尺寸。在没有特殊说明的情况下，尺寸精度符合下面的要求：.010 表示精确到 2 位小数点。.005 表示精确到 3 位小数点。熔丝性能：熔丝设计方面的性能是指熔丝对各种电流过负
7、荷作出迅速反应的程度。熔丝的性能通常可分成三类：超快熔断型、快熔断型和慢熔断型三类。慢熔断型熔丝的特点是这类熔丝设计有附加的热惯性以承受正常初始化或启动时的过载电流冲击。熔丝结构：内部结构会随着安培额定值的不同变化而有所变化。本产品目录中的熔丝照片出了熔丝系列特定安培额定值的熔丝的典型结构。熔丝座：在许多实用场合，熔丝被安装在熔丝座中。熔丝及其辅助的熔丝座不能用作像开关那样操作以接通或切断电源。熔断额定值：也称为分断能力或短路能力或短路额定容量。熔断额值是熔丝在额定电压下能够熔断的最大许可电流。短路时，熔丝会多次通过比其正常工作电流大许多倍的瞬时过载电流。安全运行要求熔丝保持完整的状态（无爆裂
8、或断裂）并消除短路。熔断额定值因熔丝的设计不同而有所变化，从 35 安培 250V 交流公制尺寸（520mm），到 KLK 系列的 200，000 安培 600V 交流用的熔丝。用户可从生产厂家得到有关其他系列熔丝的资料。按照 UL/CSA/ANCE248 标准分类的熔丝，其熔断额定值必需为在 125 VAC 下10，000 安培 。也有些例外情况（见“标准“节），这些情况下的熔丝的许多安全指标远远超过了电路短路时的电流。干扰断路：干扰断路常常是由于对所设计的电路分析不全面造成的。在“熔丝选择指南“中所列出所有因素，必须特别注意其中 1、3 和 6 这三项，即正常工作电流、环境温度和过载增量。
9、不能只根据正常工作电流和环境温度来选择熔丝。例如，造成常规电源干扰断路的一种常见的原因是没能充分考虑熔丝的公称熔化热 I2t 能额定值。在这种情况下，熔丝的工程熔化热能额定值应满足电源缓冲路波器的输入容性阻抗。不同电流波形与 I2t 的转换过程请参考“熔丝选择指南“。对于免维护，长寿命型熔丝保护装置，最好选择熔丝使电流波形不超过其标准熔化热能额定值得 20%。请参考“脉冲指南”的“熔丝选择指南”一节。电阻：熔丝的电阻在电路的整个电阻中并不重要。由于安培数小于 1 的熔丝的电阻只有几个欧姆，所以在低压电路中采用熔丝时应当考虑这一因素。用户可以从制造厂家得到熔丝的实际电阻值。大部分熔丝是用正温度系
10、数材料制造的，因此，我们常常会提到冷电阻和热电阻（额定电流下的电压降）。实际的工作电阻位于其间。用不大于熔丝公称额定电流百分之十的测量电流可测得冷电阻。本手册中给出的冷电阻数值为公称的而且是典型的。如果此参数对设计分析来说是极限值的话，那么用户应向生产厂家咨询。热电阻的测定根据熔丝上流过的电流值等于公称额定电流时产生的阻值。有关力特熔丝的电阻数据我们承索即寄。也可按用户规定的电阻控制公差提供熔丝，对此得收取另外的加工成本费。焊接注意事项：因为大多数熔丝的结构中有焊接接头，因此当打算用焊接方法安装这些熔炉丝就位时应当十分小心。焊接时热量过多会使熔丝内的焊料回流而改变其额定值。熔丝是类似于半导体的
11、热敏感元件，因此，推荐用户在焊接时使用吸热装置。抽样检测的方法：因确定某些规格的合格与否要求破坏性检测，所以，对每一批制成品都要依统计学的原理采用抽样的检测方法。时间电流特性曲线：作为熔断特性的图形表示，时间电流特性曲线一般是中间曲线，我们给出此曲线是作为设计的辅助手段，而不是作为熔丝规格的一部分。时间电流特性曲线在选择熔丝时极为有用，因为具有相同额定电流值的的熔丝可能有相当不同的特性曲线。熔丝规格中一般包括工作电流为百分之百或百分之一百一十额定值时的寿命要求及过载电流（通常为额定值 135%或200%）时的最大断路时间。时间电流特性曲线给出设计所需的平均数据。然而，对任何一批特定的产品，该平
12、均值可能有些差异，因此一旦选定了一种熔丝，就应测试一些样品以鉴定其性能。美国保险商实验室：请参阅“保险商实验室分类“。熔丝必须满足保险商实验室标准的各项要求，即 UL/CSA/ANCE 248-14 标准的“辅助过流保护用熔丝”一节的规定。本产品目录中一些 32 伏特熔丝是照 UL 标准 275 分类的。而“保险商实验室元件大纲获得认可“是表示该产品具有根据美国保险实验室元件大纲获得认可的应用鉴定书。电压额定值：标注在熔丝上的电压额定值表示该熔丝在电压等于或小于其额定电压的电路中完全可以安全可靠地中断其额定的短路电流。电压额定值系列包括在美国 N.E.C 规定中，而且也是保险商实验室的一项要求
13、，作为防止火灾危验的保护措施。对于大多数小尺寸熔丝及微型熔丝，熔丝制造商们采用的标准电压额定值为 24、32、63、125、250、300、350 和 600 伏。在带有相对低输出电源和短路电流值小于熔炉丝电流额定十倍的电子设备中，常见的作法是规定电压额定值为 125 或 250 伏特的熔丝可用于 500 伏特或更高电压的次级电路保护。如前所述，（参见“额定值的减少“）熔丝是对电流的变化敏感而不是对电压的变化敏感。熔丝在从零到其最大额定值间的任何电压下都保持其原状。电路电压及有效功率直到熔丝熔化并且发生电弧时才会成为问题。电路的安全熔断与电路电压和有效功率有关，在“熔断值“中已加以讨论。概括而
14、言，熔丝可能在小于其额定电压下使用而不损害其熔断特性。如果在完全短路的条件下熔丝出现的最大功率电平只能产生低能量的非破坏性的电弧的话，那么熔丝可在高于其经过检定的电压额定值的各种电压下使用。请联系厂商如何用于高于额定电压的电压情况。公称熔化热能 I2t 的推导：对每一项熔丝设计都进行实验室测试以确定熔化断部件所需的能量。该能量被称之为公称熔化热能 I2t，其单位是安培的平方秒（A2Sec）。测定方法是给熔丝施加一个电流增量并测量熔化发生的时间。对于薄膜熔丝如果在约为 0.001 秒内或更少的时间，对于线状或管状熔丝为 0.008秒之内，没有熔断，则增大电流的强度。重复试验步骤直到熔断时间限制在
15、 8个微秒内。进行这一测试步聚的目是确保所产生的热能没有足够的时间从熔丝部件通过热传导跑掉。也就是说，全部热能（I2t）都用于熔化。一旦确定了电流和时间的测定结果，计算熔化热能 I2t 就很简单了。当熔化过程结束时，先出现电弧，紧接着熔丝就断开了。产生热能=熔化热能+电弧热能。本手册中给出公称 I2t值等于“消除“即“断开“的熔化状态的那一部分。标准UL 分类UL 分类的熔炉丝满足 UL/CSA248.14 标准的各项要求。下面是一些若干要求。UL 安培额定值的测试在额定电流的 110%、135%和 200%等条件下进行。熔丝必须承载其额定值 110%的电流并且在温升不超过 75的温下必须稳定
16、。熔丝在 135%的额定电流下一小时内必须断开，在 200%的额定是电流下如额定值在 30 安培以下，必须在二分钟内断开。而额定值在 35 至 60 安培之间，在 4 分钟内断开。UL 分类熔丝的熔断能力在 125V 额定电压下最小为 10,000 安培。额定是电压250 伏特的熔丝可公类为在 125 伏特电压下熔断额定能力 10,000 安培，而在250 伏特电压下至少具有下面所给出的最小熔断额定能力。熔丝安培额定值 熔断额定能力（安培） 电压额定值UL275 汽车用玻璃管熔丝（32 伏特）UL 分类 UL 安培额定值测试在额定电流的 110%，135%和 200%等条件下进行。不要求熔断额
17、定能力测试。美国保险商实验室 UL 元件大纲认可(UR) 加拿大元件认可标志UL 认证大纲不同于 UL 分类。UL 将按生产厂家所要求的规格检测熔丝。如果熔丝是为某一专门用途设计的话，那么测点可能不同于 UL 分类要求。对于根据元件大纳认可的熔丝，UL 要求应用鉴定书。CSA 证书 加拿大的 CSA 证书类似于美国的 UL 分类鉴定书，而其元件大纲认可也同美的UR 相似。此元件大纲方便生产商制定规格，然后由 CSA 检验测试结果。MITI 鉴定书日本的 MITI 鉴定书类似于美国的 UL 分类鉴定书。国际电气技术委员会（IEC）刊物 60127-2，第一、二、三、五页（250 伏特）IEC 组
18、织不同于美国的 UL 和加拿大 CSA，ICE 是一家制定标准但不提供认证的国际机构，相对而言，UL 和 CSA 制定标准，并且提供美国和加拿大内的测试和认证。IEC 规程鉴定书由 SEMKO （瑞典电气设备测试及鉴定研究所和 BSI（英国标准研究所）以及 UL 和 CSA 颁发。IEC 刊物 60127-2 定义了三种分断能力级别（熔断额定能力）。低分断能力熔丝必须通过 35 安培或额定电流的十倍甚至更高电流测试。增强分断能力熔丝必须通过 150 安培电流测试。高分断能力熔丝必须通过 1500 安培电流的测试。第一页-F 型快速动作，高分断能力第二页-F 型快速动作，低分断能力 第三页-型延
19、时，低断能力 第四页-T 型延时，高分断能力 字母“F“和“T“代表 F 型和 T 型熔丝的时间-电流特性。“F“和“T“中一个将标注在熔丝的端帽上。最新的通孔型和表面安装型保险丝的标准是刊物 10627 增补的第四部分，该部分包含了 UMF（通用模块保险丝）。该标准允许通孔型和表面安装型保险丝的额定电压为 32 伏、63 伏、125 伏和 250 伏。额定电压为 32 伏、63 伏、125 伏的保险丝的分断能力规定与刊物 10627-2 的第2 部分的低分断能力保险丝的规定相一致。250 伏通用模块保险丝有低分断能力保险丝（100 安培）、中等分断能力保险丝（500 安培）以及高分断能力保险
20、丝（1500 安培）三种规格。PTC 知识使用传统的保险丝或最新开发的可调式自复聚合物保器（PTC）均可以保护线路过流，其作用是对超出电流所产生的热起反应，保险丝熔化断路，阻断电流，而则 PTC 从较低电阻转为较高电阻，限制电流，理解两种设施作用不同，能够使选择更容易。最明显的不同点是 PTC 是可以自恢复。恢复的通用步骤是在过载产生后切断电源使之冷却。还可以通过其它不同操作特性区分这两种类型的产品。PTC 与保险丝命名用术语相似但不相同。本目录范围的两个参数是泄漏电流和熔断额定值。漏泄电流当过载时，PTC 从低电阻转为高电阻时，这时称 PTC“游离“（见下面的图 1）。 通过限制电流至一定的
21、渗泄水平，实现线路保护。漏泄电流范围从额定电压的一百毫安至效低电压的数百毫安。另一方面，保险丝完全阻断电流，当过载时，熔断电路泌泄电流为“O“ PTC 的标定值是在额定电压下最快断路。PTC 知识（续）设定电流水平设定电流水平是设施能承受的最高电流，但是 PTC 不会实际熔断电流（见漏泄）。标准的 PTC 短路标定值是 40 安。保险丝在过载时实际熔断电流，熔断范围从数百安至 10,000 安培。线路的参数决定根据典型的标定不同点选择组件。电压标定值PTC 一般标定不超过 60 伏特，而保险丝高于 600 伏特。电流标定值UL/CSA/ANCE248-4 规定 PTC 的操作电流标定值最高至
22、11 安，而保险丝最高水平超过 60A。温度标定值PTC 的上限通常 85，保险丝为 125。下面的温度降低曲线（见图 3）显示了PTC 与保险丝的不同，PTC 在给定的温度下需要降低更多。 电路设计选择 PTC 设计或保险丝过流保护需要考虑附加的操作特性。鉴定机构根据 UL 标准 1434，PTC 经 UL 组件项目认可，并经 CSA 认证。保险丝包括 UL 的认可和 CSA 的认证。并且，许多完全列入符合 UL/CSA/ANCE 的附加保险丝标准的保险丝也可以提供。电阻阅读产品规格显示 PTC 的电阻大约是相近额定保险丝电阻的两倍（通常较大一些）。时间电流特性对比 PTC 和保险丝时间-电
23、流曲线,PTC 的反应速度与 slo-Blo 保险丝的时延相近（见图#2）。 概述讨论过的许多事项依个人喜好，但是越来越要求在应用的重要方面使用自恢复PTC。许多个人计算机和周边设备的设计工作受到微软和因特尔系统设计指南的影响，其声明“使用每次过载情况发生需要更换的保险丝的情况是不可接受的“。即插即用型 SCSI(小型计算机系统接口)的指标包括声明“必须提供可调设施限制最大源电流“。 随后的几页的选择指南表格帮助您最好的电路保护元器件以及什么时候选择自恢复 PTC 最为过流电路保护是最合适的。过流保护产品选择指南表1、 确定电路工作参数（填写下表）正常工作电流(安培):_正常工作电压（伏特）：
24、_最大故障电流：_环境温度/减少：_典型过载电流：_熔丝必须熔断的时间：_冲击电流：_自恢复或一次性：_机构鉴定书：_安装类型/外形：_典型电阻值（电路中）：_2、 选择适当的电路保护器件（参见下表）3、 确定熔断时间根据所选元件的时间-电流曲线判断元件是否符合电路要求。如果元件熔断太快，可能会使电路受到损害。如果元件熔断的不够快，过载电流可能会损坏下级电路的元件。要确定所选元件的熔断时间，在其时间-电流曲线的 X轴上找出过载电流值的那一点，从这一点向上作直线与曲线相交，读出相交点的 Y 轴对应的时间值。该值就是所选元件系列的平均熔断时间。如果电路的过载电流落在曲线的右边，元件回断开。如果电路
25、的过载电流落在曲线的左边，元件就不会工作。4、 确定环境工作参数确定电路工作电压小于或等于元件的额定电压并且工作温度范围符合元件的温度范围要求。5、 确定元件的尺寸要求根据设计者指南页上的信息，比较元件的最大尺寸与可用的空间。6、 在实际电路中测试元件。过压保护知识瞬态电压的危险什么是瞬态电压瞬态电压是指电能短时间持续冲激，是以前电能存储后突然释放的结果，或其它方法感应引起的，如大电感负载，雷击。在电子电工电路中，这种能量可经已控制的开关动作在可预知的方式下被释放，或随机从外部资源中引入电路。重复性瞬态电压常常由于电机，发电机的运行，或电抗性电路部件开关引起。随机瞬态电压，另一方面来说，常由闪
26、电（图 1）或静电释放（ESD）引起（图 2） 。闪电或 ESD 通常为非预测发生，而且可能要求精密监测以准确测量，尤其对于电路板级别器件。众多电子标准集团都使用已认可的监测或测试方法分析过瞬态电压的发生。几个瞬态电压的关键特性列于下表图 1 闪电瞬态电压波形 图 2 ESD 瞬态电压波形表 1电压 电流 上升时间 持续时间闪电 25KV 20KA 10us 1ms开关 600V 500A 50us 500msEMP 1KV 10A 20us 1msESD 15KV 36A 15ns 100ns瞬态电压波尖特性瞬态电压波尖通常为一双指数波形，如图 1 的闪电战及图 2 的 ESD。闪电的指数上
27、升时间在范围 1。2 微秒到 10 微秒之间（基本上为 10%-90%） 。而持续时间是 50us 到 1000us 的范围（50%峰值） 。而 ESD 持续则短了许多，上升时间少于 10ns。整个持续时间约为 100ns。表 2器件类型 限制范围（伏）VMOS 30-1800MOSFET 100-200GaAsFET 100-300EPROM 100JFET 140-7000CMOS 250-3000肖特基二极管 300-2500双极型晶体管 380-7000SCR 600-1000为什么增加对瞬态电压的关注部件的小型化导致了敏感性的增加，例如微处理器的电路，不能经受 ESD 瞬态电压引起的
28、电流。这些部件在很低的电压下运行，所以必须控制电压干扰以防止器件中断及潜伏的或灾难性的失败。敏感器件如微处理器以指数速率运行调整。微处理器可以执行在以前是难以想象的透明的动作。各种家用电器，如洗碗机，工业控制器，甚至玩具，都可以增加微处理器的使用，以增强其功能及效率。汽车现在使用许多电子系统来控制引擎，车内温度，制动以及某些情况下控制驾驶系统。许多革新已用来提高效率，而更多的则是与安全相关，如 ABS 制动系统，拖动控制系统。电器和汽车的许多特征都表现了瞬态电压的威胁（如电动汽车） 。这种威胁不但对环境有害，而且对设备和电器一样有害。因而认真的电路设计和正确的过压保护技术的使用将极大提高电路的
29、可靠性和安全性。表二说明了各种器件技术的弱点。瞬态电压说明ESD（静电释放）ESD 的特点是极快的上升时间，极高的峰值电压和电流。这种能量是物体间不平衡的正负电荷所引起的。下面是一些静电的例子，其产生依赖于相对湿度（RH） 。在地毯上行走75KVRH=20%； 1。5KVRH=65%在乙烯地板上行走12KVRH=20%； 250VRH=65%在长凳上的工人6KVRH=20%； 100VRH=65%乙烯封装7KVRH=20%； 600VRH=65%从桌上拾起的塑料袋20KVRH=20%； 1。2KV RH=65%参考前页表 2，可以看出许多 ESD 危险的存在。图 2IEC61000-4-2 测试规格中定义的 ESD 波形。图 3 汽车负载的电源切断波形电感负载开关电感负载开关产生高能瞬态电压，在配有大负载的磁场下增加更大。当电感负载关闭时，其磁场以双指瞬态形式转化为电能。根据其来源，这些瞬态电压可能为几百伏，几百安培，持续时间接近 400 毫秒。电感瞬态电压典型来源如：发电机，电机，继电器，变压器。这些例子在电子电气系统中极为普通。根据应用不同其尺寸大小也千变万化，真实世界中瞬态电压的波形，持续时间，峰值电流，峰值电压也有众多的变化。一旦这些变化可被估计出来，就可以选择出合理的抑制器技术。
